20.46 Compare as estruturas e as propriedades dos fósforos branco e vermelho.
Passo 1
O enunciado pede para comparar os alótropos de fósforo “branco” e “vermelho”: suas estruturas cristalinas ou moleculares, as ligações, e como isso afeta propriedades como reatividade, estabilidade térmica, solubilidade, toxicidade e aplicações. Vamos primeiro descrever cada alótropo separadamente e depois juntar os pontos em uma comparação direta.
Passo 2
Estrutura do fósforo branco
O fósforo branco é formado por moléculas discretais de quatro átomos de fósforo dispostos em um tetraedro regular. Cada vértice do tetraedro é um átomo de fósforo, e cada aresta corresponde a uma ligação simples P–P. A fórmula molecular é
O fósforo branco é formado por moléculas discretais de quatro átomos de fósforo dispostos em um tetraedro regular. Cada vértice do tetraedro é um átomo de fósforo, e cada aresta corresponde a uma ligação simples P–P. A fórmula molecular é
Devido ao ângulo de ligação de aproximadamente
(bem menor que o
ideal em ligações simples s
), há grande tensão angular nas ligações, o que torna a molécula muito energética e instável.
Passo 3
Propriedades do fósforo branco
– Ponto de fusão relativamente baixo, cerca de , pois são moléculas isoladas unidas por forças de Van der Waals.
– Extremamente reativo: oxida espontaneamente no ar, chegando a inflamar-se.
– Muito tóxico: ao ser ingerido ou mesmo manuseado em recipiente aberto, libera vapores que causam danos hepáticos e cutâneos.
– Solúvel em solventes apolares (por ex., tetracloreto de carbono) e insolúvel em água.
– Brilha no escuro (quimioluminescência) graças à lenta oxidação superficial.
– Ponto de fusão relativamente baixo, cerca de
– Extremamente reativo: oxida espontaneamente no ar, chegando a inflamar-se.
– Muito tóxico: ao ser ingerido ou mesmo manuseado em recipiente aberto, libera vapores que causam danos hepáticos e cutâneos.
– Solúvel em solventes apolares (por ex., tetracloreto de carbono) e insolúvel em água.
– Brilha no escuro (quimioluminescência) graças à lenta oxidação superficial.
Passo 4
Estrutura do fósforo vermelho
O fósforo vermelho não existe como moléculas isoladas, mas sim como uma rede amorfa (ou policristalina) de átomos de fósforo ligados em cadeia e anéis, formando um polímero de ligações simples P–P com ângulos mais próximos de
a
. Essa rede não tem tensão angular significativa.
O fósforo vermelho não existe como moléculas
Passo 5
Propriedades do fósforo vermelho
– Ponto de fusão muito mais alto (acima de ) devido à rede covalente tridimensional.
– Quimicamente mais estável: não inflama no ar a temperaturas ambientes e não apresenta quimioluminescência.
– Pouco tóxico em comparação ao branco; pode ser manuseado com cuidados normais de laboratório.
– Insolúvel em solventes comuns, tanto polares quanto apolares, por ser uma rede ligada.
– Usado na cabeça de fósforos de segurança (na superfície do papelão), na produção de materiais retardantes de chama e semicondutores.
– Ponto de fusão muito mais alto (acima de
– Quimicamente mais estável: não inflama no ar a temperaturas ambientes e não apresenta quimioluminescência.
– Pouco tóxico em comparação ao branco; pode ser manuseado com cuidados normais de laboratório.
– Insolúvel em solventes comuns, tanto polares quanto apolares, por ser uma rede ligada.
– Usado na cabeça de fósforos de segurança (na superfície do papelão), na produção de materiais retardantes de chama e semicondutores.
Passo 6
Comparação direta
– Estrutura: o branco é molecular ( , tetraedro tenso); o vermelho é uma rede polimérica estável.
– Estabilidade: o branco é muito instável e reativo; o vermelho é termicamente estável.
– Ponto de fusão: cerca de (branco) versus acima de
(vermelho).
– Toxicidade e manuseio: o branco é altamente tóxico e inflamável; o vermelho é relativamente inócuo e não inflama ao ar.
– Solubilidade: o branco dissolve-se em solventes apolares; o vermelho é praticamente insolúvel.
– Aplicações: o branco é usado em sínteses químicas sob condições controladas; o vermelho aparece em fósforos de segurança e materiais retardantes de chama.
– Estrutura: o branco é molecular (
– Estabilidade: o branco é muito instável e reativo; o vermelho é termicamente estável.
– Ponto de fusão: cerca de
– Toxicidade e manuseio: o branco é altamente tóxico e inflamável; o vermelho é relativamente inócuo e não inflama ao ar.
– Solubilidade: o branco dissolve-se em solventes apolares; o vermelho é praticamente insolúvel.
– Aplicações: o branco é usado em sínteses químicas sob condições controladas; o vermelho aparece em fósforos de segurança e materiais retardantes de chama.
Resposta
O fósforo branco (
) é molecular, tenso e altamente reativo, com baixo ponto de fusão (
), solúvel em apolares, tóxico e inflamável. O vermelho é uma rede covalente amorfa, termicamente estável (fusão
), insolúvel, pouco tóxico e usado em fósforos de segurança e retardantes de chama.